Обзор на възможностите и класификация на съществуващите технологии за компостиране на биоразградими отпадъци

Антон Янков Антонов*

*Технически университет – Варна, 9010 Варна, България, ул. “Студентка” № 1

Резюме. Изследвани са съществуващите технологии за компостиране на биоразградими отпадъци в страните от Европейския съюз. Направен е сравнителен анализ на технологиите от гледна точка на тяхната ефективност и възможност за бърза доставка и експлоатация в условията на малки и средни населени места в земеделски и животновъдни райони. Изведени са обобщаващи заключения.

Ключови думи: технологии, компостиране, биоразградими отпадъци

ВЪВЕДЕНИЕ

Процесът на компостиране понастоящем се ползва с голям интерес от раз­лични гледни точки:

• 
  От екологична гледна точка: при трансформиране на биомасите, които
  произхождат от естествения урбанистичен цикъл на формиране на раз­лични отпадъци - растително-хранителни, земеделски и зоотехнически, както и от утайките, останали след пречистването на градските отпа­дъчни води, в материали, полезни за наторяване на земеделски терени, тъй като вече не са фитотоксични, а също така са носители на хранител­
  ни вещества и могат да служат за подобряване структурните характе­ристики на почвата [ 1].
  
• 
  От санитарно-хигиенна гледна точка: при този процес орга­ничната материя се дезинфекцира благодарение на високите температу­ри, които се достигат [ 1, 6].
  
• 
  От енергийна гледна точка: тъй като процесът се самоподдържа енер­
  гийно, благодарение на енергията, отделяна при разкъсването на химич­ните връзки, характеризиращи сложните молекули на органичната ма­терия [1,12, 16].
  

1. 
   Компоненти на технологията за компостиране.
   

Един добър материал за целите на компостирането се характеризира с по­вишена биологична активност, която се дефинира посредством показатели­те на дишане, за които ще бъде споменато по-нататък. Органичните материали, които могат да бъдат използвани за производство­то на качествен компост, са регламентирани с министерската наредба от 5.II.1998 г. за областта Венето, от DGRV 766 и се свеждат до видовете и съответстващия им произход, посочени в табл. 1.

2. 
   Микроорганизми и агенти на процеса. Различните микроорганизми проявяват своята активност при определени Термични условия и тя се влияе много силно от температурите на процеса, така че да могат да бъдат класифицирани като психрофилни, мезофилни и термофилни .
   

температура ^ос

психрофилни микроорганизми 0 < t < 30
мезофилни микроорганизми 30 < t < 45 термофилни микроорганизми 45 < t < 50

По време на компостирането при промяна на температурата на процеса се изменят активните микробни популации в първите фази, при които се наб­людава бърз метаболизъм на въглеродните съединения, които са с най-прост елементарен състав (монозахариди, липиди и пептиди), в началото в проце­са участват психрофилните и мезофилните микроорганизми.

С повишаване на температурата вследствие на активния метаболитен про­цес последователно се извършва много силна селекция между популациите в полза на термофилните видове бактерии, чиято оптимална област на дейс­твие се намира между 50 – 60 ^o С [1,5, 14, 15]. Ако температурата се покачи над 80-90 ^оС се вижда, че по-голямата част от микроорганизмите умират с изключение на някои ултратермофилни видове бактерии, които се намират в органичната материя под формата на спори (структури, издръжливи на температурата). И все пак подобни условия пре­дизвикват прогресивно намаляване на микробната активност до прекратя­ване на последната [3, 14, 15].

При последвало спадане на температурата, това води до реактивация на спо­ровите микроорганизми, като се започне от термофилните, минавайки след това през мезофилните и психрофилните по хронологичен ред [1].

Между различните микроорганизми, участващи в процесите на компостиране, трябва да се направи следното разграничение:

• 
  аеробни микроорганизми
  
• 
  анаеробни микроорганизми
  

ЦИКЪЛ НА ВЪГЛЕРОДА		АКТИВНИ МИКРООРГАНИЗМИ
функция:	амидолитична пектинолитична хемицелулозолитична целулозолитична лигнинолитична хитинолитична	бактерии, актиномицети, гъбички бактерии, актиномицети, гъбички бактерии, актиномицети, гъбички актиномицети, гъби гъби, актиномицети актиномицети, гъби
ЦИКЪЛ НА АЗОТА
функция:	свързване на свободния азот протеолитична амонизираща нитрифицираща денитрифицираща	бактерии бактерии бактерии бактерии бактерии
ЦИКЪЛ НА СЯРАТА
функция:	минерализация на сярата	бактерии

Освен чрез работната среда, която ги определя като аеробни и анаеробни, бактериите се делят още на:

- хетеротрофни бактерии

- автотрофни бактерии

Първите, които имат явно преобладаващо действие при компостирането, използват като източник на въглерод изключително органичен въглерод, до­като вторите като източник на въглерод ползват минерален такъв (въглеро­ден диоксид и карбонати), a като източник на азот - амоняка, нитритите, нитратите и свободния азот.[1]

Гъбичките присъстват почти навсякъде в природата и в частност представ­ляват агенти на разграждането на органичната материя в почвата, особено в кисели условия. Метаболично се асимилират от хетеротрофните бактерии: в действителност използват едни и същи субстрати, поради което често се намират в конкуренция с тях и могат да разградят един твърд субстрат пос­редством отделяне на извънклетъчни хидролитични ензими. За разлика от бактериите гъбичките могат да живеят и в среда с ниска влаж­ност и могат да се развиват и върху сухи субстрати, използвайки влажността на атмосферата. В сравнение с бактериите гъбичките имат предимството да се отличават с високи стойности на съотношението C/N, жизнено способни са в широки граници на рН, като са активни при 2 < рН < 9 и имат често по-ниски изисквания по отношение на азота от бактериите Гъбичките могат да бъдат разделени на:

- плесенни

- квасни

Плесенните се отличават с аеробен метаболизъм и са склонни да образуват нишковидни структури. Играят важна роля в крайните фази на процеса с окисляването на материалите, богати на лигнин . Квасните гъбички, пре­димно едноклетъчни, имат както аеробен, така и анаеробен метаболизъм и играят важна роля при хумифицирането[1, 5, 14, 15].

ФАМИЛИЯ		ВИД
Siphomycetes	Myxomycetes Myxomycetales, Acrasiales	Mixococcus (субстрати в процес на разграждане)
Eumycetes (Septomycetes)	Zygomycetes	Mucor, Rizhopus (плесени, присъстващи във всички субстрати преди компостирането: разграждат амиди, целулоза)
Ascomycetes	Protoacomycetes	Candida, Torula, Lipomyces Cryptococcus (квасни гъбички във вид на спори, полезни при хумификацията)
Basidiomycetes	Euascomycetes	Penicillum, Aspergillum, Sclerotinia, Bothritys, Fusarium (плесени, 30 000 вида) Coprinus (гъба върху компост)

ФАМИЛИЯ	ВИД
Mycobacteriacees	Mycobacterium (туберкулозен патогенен)
Actinomycetacees Streptomycetacees	Nocardia, Pseudonocardia Streptomyces (най-разпространеният вид в почвата) Micromonospora (в торовете) Thermonospora, Thermopolispora, Thermoactinomyces (термофилни)

По-голямата част от тях живеят в почвата, като и предават типичен мирис на земя. Актиномицетите нападат органичното вещество, което не е разградено от бактерии и гъбички, като например хитина; те са неутрофили, но понасят леко основни рН. Действат по време на крайната фаза на процеса при условия, които са трудни за гъбички и бактерии, и стават видими и забе­лежими при купове в статично състояние под формата на прах или нишки с цвят от сивобял до светлозелен. Ако компостът е обръщан по механичен начин, подобни обширни колонии не могат да се видят или са крайно огра­ничени [1, 5, 11, 14, 15].

Други агенти: Водорасли, цианофити, Протозои, ензими,

2. Схема на технологията за компостиране. По време на процеса на компостиране се използват различни типове машини апарати, които се въвеждат предимно в трите фази на работата:

- подготовка на материала;

- насищане на сместа с кислород посредством разбъркване;

- пресяване на продукта.[1]

1. Разлагане или ферментация (разграждане)

2. Зреене




Фиг. 2 - Фази на процеса на компостиране[1]

Първата фаза е чисто термофилна, тя е известна и като фаза, протичаща с висока скорост и може да трае от няколко седмици до месец. Продължителността зависи от характеристиките на субстрата и от техниката на компостиране. Нарастването на температурата е доста чувствително през първите 12 – 48 часа след оформянето на купа, тя се повишава бързо до 55 -60 ^оС. Ако топлината не бъде разпределена равномерно или отделена по подходящ начин, температурите могат да се повишат толкова, че да доведат до понижаване на активността на по-голямата част от микроорганизмите. Термофилната фаза предизвиква унищожаване на семената на някои вредни растения, попаднали в началната маса. Първата фаза на процеса завършва с края на термофилната ферментация и има ограничена продължителност във времето.[1,14]

Втората фаза на процеса, посочена като фаза на зреене, се характеризира с продължителен мезофилен процес. Тя продължава до няколко месеца. [1].

Основната цел на процеса на компостиране е да бъде получен стабилизиран продукт, като с този термин се обозначава или достигането на биологично узряване (забавяне на биологичната активност върху органичната материя), или достигането на агрономичната зрялост (липса на фитотоксичност за рас­тенията).В действителност и след края на процеса, т. е. след втората фаза компостът не е напълно стабилен, тъй като биологичните явления продължават, макар и със слабо влияние върху качеството на продукта [1].

4.1. Микроорганизмите играят основна роля при разлагането на органичната материя и съществува правопропорционална зависимост между тяхната ак­тивност и развитието във времето на процеса на компостиране. Развитието и скоростта на процеса са силно зависими от факторите, които влияят върху оптималните условия за живот на микроорганизмите, които действат през време на различните фази на процеса.

Нормално се контролират параметрите, които имат връзка с нормалния (точ­ния) ход на процеса като кислород, влажност и температура, но има и други параметри, които влияят на условията за живот на микроорганизмите, в част­ност:

• 
  порьозността на субстрата;
  
• 
  влажността на материала;
  
• 
  присъствието на кислород;
  
• 
  температурата;
  
• 
  зависимостта C/N и наличието на хранителни вещества;
  
• 
  стойността на рН;
  
• 
  присъствието на вещества, задържащи процесите на превръщане.
  

4.2. Компостирането е важен биологичен процес. Компостът оказва положително влияние върху физичните и химичните характеристики на почвата. Предоставя й ценни органични вещества и влияе върху влагозадържането. Компостът променя и стабилизира рН на почвата, полезен е за почвените микроорганизми и подтиска болестите по много растения.

Най-оптималната температура за бързото и качествено получаване на компост е 50 – 60 ^оС. При повишаване на температурата над 80 – 90 ^оС, по-голямата част от организмите измират или преустановяват своята дейност. Ако намалее количеството на кислорода в компоста и анаеробните процеси надделеят, ще бъде произведен компост с по-ниско качество, който няма да бъде подходящ за използване в земеделието.

4.3. Настоящия обзор и класификация могат да послужат като база за разработване на проекти за въвеждане на компостирането в малките и средни общини в България.

Edagricole, Bologna.